DE60211440T9 - Method and system for infrared detection with beruhender on histograms manual level and gain control - Google Patents

Method and system for infrared detection with beruhender on histograms manual level and gain control

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DE60211440T9
DE60211440T9 DE2002611440 DE60211440T DE60211440T9 DE 60211440 T9 DE60211440 T9 DE 60211440T9 DE 2002611440 DE2002611440 DE 2002611440 DE 60211440 T DE60211440 T DE 60211440T DE 60211440 T9 DE60211440 T9 DE 60211440T9
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histogram
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bin
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J. Lee Torrance HUNIU
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    • H04N5/00Details of television systems
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    • H04N5/33Transforming infra-red radiation

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
  • Technisches Gebiet technical field
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Infrarot-Detektionssysteme. The present invention relates to infrared detection systems. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme und Verfahren, um eine automatische Steuerung der Verstärkung und des Pegels bei Infrarot-Detektionssystemen bereitzustellen. More particularly, the present invention relates to systems and methods for providing automatic control of the gain and level in infrared detection systems.
  • Stand der Technik State of the art
  • Vorwärtsschauende Infrarot-(forward looking infrared, FLIR)-basierte bildgebende Systeme werden verbreitet eingesetzt, um Ziele und andere Objekte in der Dunkelheit und bei anderen Gegebenheiten (Rauch, Dunst, etc.), die ansonsten eine sichtbare Erkennung verschleiern bzw. verdecken würden, zu sehen. Forward-looking infrared (forward looking infrared, FLIR) based imaging systems are widely used to objects and other objects in darkness and other conditions (smoke, haze, etc.) would otherwise obscure visible detection or collapse, to see. Da es oft schwierig ist, Ziele unter Verwendung eines infraroten bildgebenden Systems vom Hintergrund zu unterscheiden, sind Systeme und Verfahren entwickelt worden, um die Anpassungen von Pegel und Verstärkung zu optimieren und um so die Erkennbarkeit von Zielen durch IR-Bildgeber zu verbessern. Since it is often difficult to distinguish targets using an infrared imaging system from the background, systems and procedures have been developed to optimize the adjustments of level and unity and in order to improve the visibility of targets by IR imager.
  • Aus dem Stand der Technik sind viele Algorithmen bekannt, um eine automatische Steuerung der Verstärkung und des Pegels für infrarote bildgebende Systeme bereitzustellen. From the prior art, many algorithms are known to provide automatic control of the gain and level for infrared imaging systems. Unglücklicherweise erlauben diese Systeme im Allgemeinen keine manuelle Einstellmöglichkeit. Unfortunately, these systems do not allow manual adjustment in general. Solche Systeme, die eine manuelle Steuerung des Pegels und der Verstärkung erlauben, neigen dazu, das Bild drastisch zu verändern. Such systems, which allow manual control of the level and gain, tend to change the picture drastically. Dies kann zu Verwirrungen führen, aus denen sich bei bestimmten (insbesondere militärischen) Anwendungen, ernsthafte nachteilige Folgen ergeben können. This can lead to confusion of which might be subject to applications, serious adverse consequences for certain (especially military). Die dramatische Änderung des Bilds liegt in der Tatsache begründet, dass im automatischen Modus die Intensität des ausgegebenen Bilds auf die empfangene Energie in Abhängigkeit von einer nicht-linearen Zuordnung unter Verwendung eines Histogramm-Ansatzes bezogen ist; The dramatic change in the image lies in the fact that in automatic mode, the intensity of the output image is related to the energy received as a function of a non-linear mapping using a histogram approach; im Gegensatz dazu ist im manuellen Modus die Intensität des ausgegebenen Bilds auf die empfangene Energie in Abhängigkeit von einer linearen Zuordnung bezogen. In contrast, the intensity of the output image is related to the energy received in response to a linear mapping in the manual mode.
  • Daher ergibt sich aus dem Stand der Technik der Bedarf für ein System oder ein Verfahren, um die Leistungsfähigkeit von infraroten bildgebenden Displays bzw. Darstellungen zu verbessern. Therefore, the need for a system or a method resulting from the prior art to improve the performance of infrared imaging displays and presentations. Insbesondere besteht aus dem Stand der Technik der Bedarf für ein System oder ein Verfahren, um manuelle Anpassungen hinsichtlich der Verstärkung und des Pegels von dem Ausgangssignal aus einem infraroten Bildgeber bereitzustellen, wodurch sich das Bild relativ zu dem Bild, das man in einem automatischen Anpassungsmodus hinsichtlich der Verstärkung und des Pegels sieht, nicht wesentlich verändert. In particular, consists of the prior art a need for a system or method for providing manual adjustments to the gain and level of the output signal from an infrared imager, whereby the image relative to the image that one regard, in an automatic adjustment mode, the gain and level sees not changed significantly.
  • WO-A-99/26410 offenbart eine CCD-Videokamera mit einer automatischen Anpassung bezüglich des Pegels und der Verstärkung, die die Möglichkeit einer manuellen Eingabe wie beispielsweise für den Weißabgleich hat und bei der ein Histogramm für einen neuen Verstärkungswert erzeugt wird. WO-A-99/26410 discloses a CCD video camera with an automatic adjustment in level and the gain, which has the possibility of manual input such as for white balance and in which a histogram for a new gain value is generated. Der Benutzer hat jedoch keine spezifische Steuerungsmöglichkeit hinsichtlich des Pegels und der Verstärkung und das Histogramm hat keine kumulative Verteilungsfunktion. However, the user has no specific control option in terms of level and gain and the histogram has no cumulative distribution function.
  • US-A-6130724 zeigt eine vollautomatische Vorrichtung, um den dynamischen Bereich von einem Bild zu erhöhen und den Kontrast mittels eines Histogramm- Rechners bereitzustellen, der eine normalisierte kumulierte Dichtefunktion aufweist und durch die Berechnung eines Schwellwerts auf der Basis, auf der eine Versatzfunktion (bias function) auf das Histogramm angewendet wird. US-A-6130724 shows a fully automatic device to increase the dynamic range of an image and providing the contrast by a histogram calculator which has a normalized cumulative density function and by calculating a threshold based on which an offset function ( bias function) is applied to the histogram.
  • WO-A-97/42756 offenbart eine vollautomatische Anpassung hinsichtlich des Kontrasts und der Helligkeit. WO-A-97/42756 discloses a fully automatic adaptation in terms of contrast and brightness. Auch hier wird eine kumulierte Verteilung für die Anpassung der Helligkeit berechnet, während eine Histogrammberechnung oder Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion die Anpassung des Kontrasts bereitstellt. Here too a cumulative distribution for the adjustment of brightness is calculated, while a histogram computation or probability distribution function provides contrast adjustment.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • Der Bedarf aus dem Stand der Technik wird durch das System und das Verfahren zur Bereitstellung einer manuellen Steuerung hinsichtlich des Pegels und der Verstärkung von einem bildgebenden System gemäß der vorliegenden Erfindung gedeckt, wie es in den Ansprüchen 1 und 8 beschrieben ist. The needs of the prior art is met by the system and method for providing a manual control with regard to the level and gain of an imaging system according to the present invention, as described in claims 1 and 8. FIG. Gemäß des erfinderischen Verfahrens wird eine Mehrzahl von Signalen von einem Detektor empfangen, die eine Umgebungsszenerie bzw. Szene repräsentieren. According to the inventive method a plurality of signals received from a detector representative of a surrounding scene or scene. Als Nächstes wird ein Histogramm von der Szene gebildet. Next, a histogram is formed from the scene. Das Histogramm weist eine Anzahl von Intensitätsgruppen bzw. Intensitätsbins (intensity bins) und eine Anzeige hinsichtlich der Anzahl von Pixeln in jeder Intensitätsgruppe auf. The histogram includes a number of intensity bins groups or intensity (intensity bins), and an indication as to the number of pixels in each intensity group. Das Histogramm wird gemäß einer ersten Funktion transformiert, die definiert, wie das Histogramm die Darstellung von den Signalen beeinflusst. The histogram is transformed in accordance with a first function which defines how the histogram affects a display of the signals. Das Verfahren ermöglicht es, eine Grenze bezogen auf die erste Funktion zu setzen. The method allows a limit related to bet on the first function. Das Verfahren bestimmt dann eine normalisierte kumulierte Verteilungsfunktion des transformierten Histogramms innerhalb der Grenze der örtlichen Verstärkung. The method then determines a normalized cumulative distribution function of the transformed histogram within the limit of the local reinforcement. Schließlich ist das Verfahren dafür ausgebildet, einen Verstärkungsfaktor und eine Pegeleingabe von einem Benutzer zu empfangen und eine von einem Histogramm kontrollierte zweite Funktion zu definieren, um in Abhängigkeit davon und gemäß der normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion jeder Gruppe bzw. Bin Werte zuzuordnen. Finally, the method is adapted to receive a gain factor and level input from a user and define a controlled from a histogram second function to assign a function thereof, and in accordance with the normalized cumulative distribution function of each group or Bin values.
  • Bei einer besonderen Implementierung weist das Verfahren einen weiteren Schritt auf, in dem eine mittlere Graugruppe bzw. Graubin für das pegelverschobene transformierte Histogramm bestimmt wird und eine begrenzte bzw. abgeschnittene, pegelverschobene, normalisierte, kumulierte Verteilungsfunktion bestimmt wird, die das mittlere Grau von der mittleren Graugruppe beibehält. In a particular implementation, the method comprises a further step in which an average gray group or Graubin for the level shifted transformed histogram is determined, and a limited or clipped, level shifted normalized, cumulative distribution function is determined that the mean gray from the mean gray group maintains. Bei dem erläuternden Ausführungsbeispiel weist der Schritt zum Erhalten der Eingabe eines Verstärkungsfaktors und eines Pegels des Weiteren den Schritt auf, in dem eine normalisierte kumulative Verteilungsfunktion für jede Gruppe bestimmt wird. In the illustrative embodiment, the step of obtaining the input of a gain and a level further comprises the step in which a normalized cumulative distribution function for each group is determined. Jeder Gruppe wird eine Grauabstufung bzw. Grauschattierung in Abhängigkeit von der zweiten Funktion zugewiesen. Each group is assigned a shade of gray or shades of gray as a function of the second function. Das erfindungsgemäße Verfahren weist des Weiteren die Schritte auf, in denen die Polarität von jeder Gruppe angepasst und eine Gammakorrektur für jeden Pixel in jeder Gruppe bewirkt wird. The inventive method further includes the steps in which the adjusted polarity of each group and a gamma correction for each pixel in each group is effected.
  • Bei einer erläuternden Anwendung werden das erfindungsgemäße System und Verfahren bei der Verarbeitung eines digitalen Videos bzw. Videobilds verwendet. In an illustrative application, the inventive system and method are used in processing a digital video or video image. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine manuelle Anpassung des Pegels und der Verstärkung (manual level and gain, MLG) von einem Video, ähnlich der Anpassung, die bei einem auf einem Histogramm basierenden automatischen Steuersystem für Pegel und Verstärkung (automatic level and gain, ALG) unter Verwendung einer kumulativen Verteilungsfunktion (cumulative distribution function, cdf) eingesetzt wird, wobei es sich um dem Bereich unter dem Histogramm handelt. The present invention allows for manual adjustment of the level and gain (manual level and gain, MLG) from a video, similar to the adjustment, in a histogram based automatic control system for level and gain (automatic level and gain, ALG) under the use of a cumulative distribution function (cumulative distribution function, CDF) is used, wherein it is the area under the histogram. Änderungen des Pegels bzw. des Levels werden mittels eines Offsets (L) bzw. eines Versatzes bezogen auf den vorhandenen ALG-Pegel (Median) gemacht und Änderungen der Verstärkung werden gemacht, indem der relative Verstärkungsmultiplikator (G), der auf den ALG-Algorithmus einwirkt, geändert wird und damit bewirkt, dass sich die Verstärkung gleichmäßig um den Median herum ändert. Changes in the level or the levels are made by an offset (L) and an offset relative to the existing ALG level (median) and gain changes are made by the relative gain multiplier (G) which on the ALG algorithm is applied, is changed, and thus causes the gain changes smoothly around the median. ALG ist damit eine Untergruppe von dem auf einem Histogramm basierenden MLG, bei dem G = 1 und L = 0 ist. ALG is thus a subset of the histogram based MLG in which G = 1 and L = 0. Gemäß der Erfindung wird als Teil des auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus die lokale Verstärkung auf einen vorgegebenen maximalen Wert begrenzt, um ein übermäßig verrauschtes Bild zu verhindern, wenn eine zu große Verstärkung angewendet wird. According to the invention, the local gain is limited to a predetermined maximum value to prevent an overly noisy picture when too much gain is applied as part of the histogram based MLG algorithm. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt, wie eine Verschiebung bei dem Pegel verhindert werden kann, wenn die Verstärkung erhöht wird (das heißt, G > 1), selbst wenn ein Begrenzungsverfahren bzw. Abschneiden (clipping) angewendet wird. The inventive method determines how a shift in the level can be prevented, if the gain is increased (i.e., G> 1) even when a limiting process or cutting (clipping) is applied. Ein Algorithmus zur Reduzierung der Sättigung (die äußeren Gruppen des Histogramms werden begrenzt) wird auch angewendet, um zu verhindern, dass die Sättigung das Video zu stark beeinflusst. An algorithm for reducing the saturation (the outer groups of the histogram are limited) is also applied to prevent saturation to strongly influenced the video. Um die Möglichkeit bereitzustellen, das Bild von Schwarz nach Weiß zu ändern, wird bei niedriger Verstärkung ein Offset bzw. Versatz benötigt. To provide the ability to change the picture from black to white an offset or displacement is required for low gain. Schließlich ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, feine und grobe Anpassungen vorzunehmen, und schließt auch eine Angleichung des Histogramms (ein Teil der ersten Funktion), eine Umkehr der Polarität und eine Gammakorrektur ein. Finally, it allows the inventive method to carry out fine and coarse adjustments, and includes (a part of the first function), polarity reversal and gamma correction also an approximation of the histogram.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • 1 1 ist ein Blockdiagramm auf der Stufe des Systems eines kardanisch aufgehängten, vorwärts gerichteten, infraroten, bildgebenden Systems mit einer zugeordneten Systemelektronik gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. is a block diagram of the system at the stage of a gimbaled forward looking, infrared, imaging system with associated system electronics in accordance with the teachings of the present invention.
  • 2 2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß is a flow chart showing the operation of the system according to 1 1 in Verbindung mit der Erkennung von infraroten Bildern bei mittlerer Wellenlänge (mid wave infrared, MWIR) zeigt. (Mid wave infrared, MWIR) at medium wavelength in connection with the detection of infrared images shows.
  • 2a 2a ist ein Diagramm, das ein typisches Histogramm zeigt, das bei der Erkennung von infraroten Bildern generiert wird. is a diagram showing a typical histogram generated in the detection of infrared images.
  • 3 3 ist ein Flussdiagramm von einem typischen konventionellen Verfahren, um eine automatische Steuerung für Pegel und Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. is a flow diagram of a typical conventional method for providing automatic control of level and gain for an infrared imaging system.
  • 4 4 ist ein Flussdiagramm von einem typischen konventionellen Verfahren, um eine manuelle Steuerung für Pegel und Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. is a flow diagram of a typical conventional method for providing manual level and gain control for an infrared imaging system for.
  • 5 5 ist ein Flussdiagramm von einer verbesserten Methode, um eine manuelle Steuerung des Pegels und der Verstärkung bei einem infraroten bildgebenden System bereitzustellen gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. is a flow chart of an improved method for providing manual control of the level and gain in an infrared imaging system in accordance with the teachings of the present invention.
  • 6 6 ist ein Flussdiagramm von dem erfindungsgemäßen Verfahren für das Begrenzen (clipping), das in dem gemäß is a flow chart of the inventive method for limiting (clipping), which in the as 5 5 dargestellten Verfahren implementiert ist. The method shown is implemented.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • Erläuternde Ausführungsbeispiele und beispielhafte Anwendungen werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, um die vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Illustrative embodiments and exemplary applications will now be described with reference to the accompanying drawings in order to describe the advantageous teachings of the present invention.
  • Auch wenn die vorliegende Erfindung hier im Hinblick auf die erläuternden Ausführungsbeispiele für besondere Anwendungen beschrieben wird, sollte es klar sein, dass die Erfindung hierauf nicht begrenzt ist. Although the present invention is described herein with respect to illustrative embodiments for particular applications, it should be clear that the invention is not so limited. Personen mit üblichen Kenntnissen auf diesem Gebiet der Technik und Zugang zu den hier bereitgestellten Lehren werden weitere Abänderungen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele erkennen, die im Bereich der Erfindung liegen, und weitere Gebiete erkennen, in denen die vorliegende Erfindung von großer Nützlichkeit sein könnte. Persons of ordinary skill in the art and access to the teachings provided herein will recognize additional modifications, applications and embodiments that are within the scope of the invention, and additional fields in which the present invention is of great utility could be.
  • 1 1 ist ein Blockdiagramm auf der Stufe des Systems von einem kardanisch aufgehängten, vorwärts gerichteten, infraroten, bildgebenden System mit einer zugeordneten Elektronik gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. is a block diagram on the stage of the system by a gimbaled, forward, infrared, imaging system with associated electronics in accordance with the teachings of the present invention. Das IR-bildgebende Teilsystem The IR imaging subsystem 100 100 weist einen Sensor includes a sensor 200 200 , eine Elektronik , Electronics 500 500 , Steuerungen , controls 300 300 und ein Display and a display 400 400 bzw. eine Bildwiedergabevorrichtung auf. and an image reproducing device. Der Sensor the sensor 200 200 weist eine Optik has an optical 210 210 und, im gezeigten Ausführungsbeispiel, eine starr-blickende (staring) Infrarot-detektierende Baugruppe and, in the illustrated embodiment, a rigid-looking (staring) infrared detecting module 220 220 auf. on. Eingehende Bildinformation von einer Szene wird von der Optik Incoming image information of a scene from the optical 210 210 empfangen und wird der starr-blickenden Infrarot-detektierenden Baugruppe received and the rigid-looking infrared detecting module 220 220 zur Verfügung gestellt. made available. Das Bild wird abgetastet und an die Elektronik The image is scanned and the electronics 500 500 des Systems als ein analoges FLIR-Video (forward looking infrared, vorwärts gerichtetes Infrarot) ausgegeben. of the system as an analog FLIR video (forward looking infrared, infrared forward type) is output.
  • Die Elektronikeinheit The electronics unit 500 500 des Systems weist einen Videoprozessor the system includes a video processor 520 520 und eine Elektronik zur Gleichheitskorrektur auf, die eine DNUC (Digital Non-Uniformity Correction, digitale Korrektur der Ungleichmäßigkeit) and electronics to par correction, a DNUC (Digital Non-uniformity correction, digital correction of unevenness) 510 510 und eine SBNUC (Scene Based Non-Uniformity Correction, Szenen-basierte Korrektur der Ungleichmäßigkeit) and a SBNUC (Scene Based Non-Uniformity Correction, scene-based correction of unevenness) 512 512 aufweist. having. Das analoge FLIR-Video wird in der DNUC The analog FLIR video is in the DNUC 510 510 in ein digitales Signal gewandelt und die DNUC converted into a digital signal and the DNUC 510 510 und die SBNUC and the SBNUC 512 512 wenden digitale Korrekturen zur Gleichmäßigkeit auf jeden Pixel an. contact digital corrections to the uniformity of to each pixel. Das resultierende digitale Signal wird an den Videoprozessor The resulting digital signal is provided to the video processor 520 520 gesendet, wo das digitale Video in ein Video im Format RS-170 für das Display sent where the digital video into a video format RS-170 for the display 400 400 gewandelt wird. is converted. Änderungen der Verstärkung und des Pegels, Polarität, Gamma-Korrektur und Modus (ALG gegenüber MLG, Funktion zur Angleichung des Histogramms) werden unter Verwendung der Flugzeugsteuerung Changes in the gain and level, polarity, gamma correction and mode (ALG opposite MLG, function on the approximation of the histogram), by using the control plane 300 300 gemacht und über eine 1553-Kommunikation an die Pod-Steuerung made and a 1553 communication to the Pod control 580 580 gesendet. Posted. Die Pod-Steuerung sendet die endgültigen Verstärkungs- und Pegelwerte, die Polarität (Schwarz stellt heiß dar, oder Weiß stellt heiß dar), die Konstanten der Gamma-Korrektur (γ und λ) und den Modus an den Videoprozessor The Pod Controller sends the final gain and level values, polarity (black hot presents represents or represents white hot), the constants of the gamma correction (γ and λ) and mode to the Video Processor 520 520 . ,
  • 2 2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems gemäß is a flow chart showing the operation of a system according 1 1 in Verbindung mit der Erkennung von Infrarotbildern mit mittlerer Wellenlänge zeigt. shows in connection with the detection of infrared images with medium wavelength. Wie in der Like in the 2 2 dargestellt ist, weist das Verfahren is shown, the method 600 600 den Schritt the step 610 610 zur Beleuchtung eines Detektor-Arrays mit Eingaben von Bildinformationen auf. for illuminating a detector array with input image information on. Beim Schritt In step 620 620 gibt der Detektor analoge gebündelte (multiplexed) Signale der Szene aus. is the detector analog bundled (multiplexed) signals from the scene. Diese Signale werden digitalisiert und bezüglich Ungleichmäßigkeiten im Schritt These signals are digitized and with respect to non-uniformities in step 630 630 durch die DNUC by the DNUC 510 510 und die SBNUC and the SBNUC 512 512 korrigiert. corrected. Im Schritt In step 640 640 erzeugt der Videoprozessor generates the video processor 520 520 ein Histogramm der Szene. a histogram of the scene. Ein Beispiel eines Histogramms ist in der An example of a histogram in the 2a 2a dargestellt. shown.
  • 2a 2a ist ein Diagramm eines typischen Histogramms, das bei der Erkennung einer infraroten Bildinformation erzeugt wird. is a diagram of a typical histogram generated in the detection of an infrared image information. Das Histogramm the histogram 670 670 liefert eine An zahl von Intensitätsgruppen provides a number of on intensity groups 672 672 (Gruppe 3582), (Group 3582), 674 674 (Gruppe 3583), etc. (Die Intensitätsgruppen in einem 14-Bit-Histogramm reichen tatsächlich von 0 bis 16383 = 2 14 -1, aber die Darstellung (Group 3583), etc. (The intensity of groups in a 14-bit histogram actually range from 0 to 16383 = 2 14 -1, but the representation 670 670 stellt den Bereich, der von Interesse ist, vergrößert heraus, so dass die einzelnen gefüllten Gruppen erkennbar sind.) Die Höhe von jeder Gruppe wird durch die Anzahl der Pixel des Detektors bestimmt, die bei einem zugeordneten Intensitätspegel Energie abgeben. represents the range which is of interest, increased out, so that the individual filled groups are recognizable.) The amount of each group is determined by the number of pixels of the detector, which emit energy at an associated intensity level.
  • Wieder mit Blick auf Again with a view to 2 2 , weist der Videoprozessor Has the video processor 520 520 im Schritt in step 650 650 jeder Gruppe des Histogramms Abstufungen von Grau zu in Abhängigkeit vom Betriebsmodus. each group of the histogram shades of gray in response to the operation mode. Das bedeutet, der Videoprozessor This means that the video processor 520 520 weist Graustufen in Abhängigkeit von einem automatischen Algorithmus zur Pegel- und Verstärkungssteuerung (ALG) oder einem manuellen Mechanismus zur Pegel- und Verstärkungssteuerung (MLG) zu. has gray scale in response to an automatic level and gain control algorithm (ALG) or a manual level and gain control mechanism (MLG) to. Wie weiter unten noch genauer erläutert wird, wird gemäß den vorliegenden Lehren ein System und ein Verfahren zur manuellen Steuerung des Pegels und der Verstärkung bereitgestellt, die ein identisches Ausgabebild zwischen dem automatischen Steuermodus und dem manuellen Steuermodus sicherstellen, wenn es keine Verschiebung hinsichtlich der Verstärkung oder des Pegels gibt. As will be explained in more detail below, a system and method for manual control of the level and gain is provided in accordance with the present teachings, which ensure identical output image between the automatic control mode and manual control mode when there is no shift in gain or is the level. Die Lehren der vorliegenden Erfindung können am besten nachvollzogen werden, wenn die konventionellen ALG- und MLG-Betriebsmodi betrachtet und überlegt werden. The teachings of the present invention can be best understood when the conventional ALG and MLG modes considered and deliberate.
  • 3 3 ist ein Flussdiagramm eines typischen konventionellen Verfahrens, um eine automatische Steuerung des Pegels und der Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. is a flow diagram of a typical conventional method for providing automatic control of the level and the gain for an infrared imaging system. Wie in As in 3 3 gezeigt ist, weist das konventionelle ALG-Verfahren As shown, the conventional ALG method 700 700 die Schritte the steps 710 710 zur Erzeugung eines Histogramms auf. for creation of a histogram. Schritt step 710 710 implementiert dabei den Schritt thus implements the step 640 640 gemäß der according to the 2 2 , wobei: , in which: h(i) = # Pixel in Intensitätsgruppe „i" [1] h (i) = # pixels in intensity group "i" [1] wobei 0 ≤ i ≤ MaxI ist. where 0 ≤ i ≤ MAXI.
  • Als nächstes definiert das Verfahren Next, the method defined 700 700 im Schritt in step 720 720 , wie das Histogramm das Video beeinflusst. How the histogram affects video. Ein transformiertes Histogramm wird erzeugt: A transformed histogram is created: trans_hist(i) = f(h(i)) [2] trans_hist (i) = f (h (i)) [2] wobei die Funktion f(x) für jeden Angleichungsmodus definiert ist und eine örtliche Verstärkung beeinflusst. wherein the function f (x) is defined for each alignment mode and affects localized gain. Im Schritt In step 720 720 wird die lokale Verstärkung der Gruppe „i" als #Graustufen je Gruppe bei Gruppe „i" definiert und ist proportional zu trans_hist(i). the local reinforcement of the group "i" as #Graustufen per group with group "i" is defined and is proportional to trans_hist (i). In den meisten Fällen (für gewöhnliche Funktionen f(x), die bei der Transformation eines Histogramms verwendet werden, wie eine Wurzelangleichung, wo f(x) = x^0,5 ist), wird eine Erhöhung der Belegung einer Gruppe die örtliche Verstärkung in dieser Gruppe erhöhen. In most cases (for common functions f (x), which are used in the transformation of a histogram as a root approximation, where f (x) = x ^ 0.5), an increase in the occupation of a group, the local reinforcement increase in this group.
  • Als nächstes optimiert das Verfahren Next, the method optimizes 700 700 optional im Schritt Optionally, in step 730 730 die Daten mittels Reduzierung der Sättigung und Begrenzungsalgorithmen. the data by means of reduction of the saturation limit and algorithms. Wenn in großen Bereichen des Videos eine Sättigung eintritt, würde der Teil des Videos, der nicht gesättigt ist, einen niedrigen Kontrast haben und wäre zu dunkel, für den Fall, dass heiß als Weiß dargestellt ist. When entering large areas of the video saturation, would the part of the video that is not saturated, have low contrast and would be too dark for the event that is hot shown as white. Eine Reduzierung der Sättigung verringert diese unerwünschten Effekte. A reduction of the saturation reduces these undesirable effects. Die Verringerung der Sättigung wird erreicht, indem die kumulative Verteilungsfunktion (cdf(MaxI)) erneut berechnet wird, wobei die Seiten bzw. Enden wie folgt eliminiert werden: The reduction of the saturation by the cumulative distribution function (cdf (MaxI)) is calculated again is reached, are eliminated with the sides and ends as follows: antisaturation-trans_hist(i) = 0 [3] antisaturation-trans_hist (i) = 0 [3] bei i = 0, i = MaxI wherein i = 0, i = MaxI
  • Das Begrenzungsverfahren (clipping) verhindert, dass die örtliche Verstärkung zu hoch wird. The restriction method (clipping) prevents the local gain is too high. Wenn die örtliche Verstärkung zu hoch ist, wirkt das Video verrauscht. If the local gain is too high, the video looks grainy. Daher ist im Schritt Therefore, in step 730 730 clipping-trans_hist(i) auf einen bestimmten Wert begrenzt und die begrenzten Gruppen werden neu verteilt. clipping trans_hist (i) is limited to a certain value and the clipped bins are redistributed.
  • Im Schritt In step 740 740 definiert das Verfahren defined the method 700 700 eine Funktion Y(i), um jeder Gruppe eine Grauschattierung zuzuweisen. a function Y (i) to assign a gray shade to each group. Zunächst wird die kumulative Verteilungsfunktion als die vorwärts gerichtete Summe des transformierten Histogramms bestimmt: First, the cumulative distribution function is determined as the forward sum of transformed histogram:
    Figure 00100001
  • Als nächstes wird diese Funktion normalisiert, um Y(i) zu erzeugen: this function is normalized to create Y (i) next: Y(i) = norm*cdf(i) [5] Y (i) = norm * cdf (i) [5] norm = MaxY/cdf(MaxI) [6] norm = MaxY / cdf (MaxI) [6] wobei 0 ≤ Y(i) ≤ MaxY ist und 'MaxY' der maximale Wert im Definitionsbereich der Gamma-Nachschlagetabelle (gamma_lut, gamma look up table) ist (bei typischen Systemen beträgt MaxY 4095 = 2 12 -1 für 12-Bit oder 16383 = 2 14 -1 für 14-Bit). where 0 ≤ Y is (i) ≤ MaxY and 'MaxY' is the maximum value in the domain of the gamma lookup table (gamma_lut, gamma look up table) (at typical systems is MaxY 4095 = 2 12 -1 for 12-bit or 16383 = 2 14 -1 for 14-bit).
  • Als nächstes wird im Schritt Next, in step 750 750 die Polarität der Funktion angepassst: the polarity of the function angepassst: Wenn heiß als Weiß dargestellt ist: dann bleibt Y(i) unverändert [7] If Root shown as white: remains Y (i) unchanged [7] Wenn heiß als Schwarz dargestellt ist: dann wird Y(i) = MaxY-Y(i) [8] If Root shown as black: then Y (i) = MaxY-Y (i) [8]
  • Schließlich wird im Schritt Finally, at step 760 760 die endgültige Zuweisung von Grauschattierungen für jede Gruppe video_lut(i) mittels einer Gamma-Korrektur bewirkt: the final assignment of gray shades for each group video_lut (i) effected by means of gamma correction: video_lut(i) = gamma_lut(Y(i)) [9] video_lut (i) = gamma_lut (Y (i)) [9]
  • Für ein 8-Bit-analoges Video gilt: For an 8-bit analog video applies: gamma_lut(i) = 255*[(lambda (-i/MaxY) -1)(1/lambda-1)] gamma [10] gamma_lut (i) = 255 * [(lambda (-i / MaxY) -1) (1 / lambda 1)] gamma [10] wobei Lambda (0 < lambda < 1) und Gamma (0 < gamma < 2) eine Funktion des Displays sind. where lambda (0 <lambda <1) and gamma (0 <gamma <2) are a function of the display. Die Gamma-Korrektur ist eine gut bekannte Technik, um das menschliche Auge und unvollkommene Displays zu kompensieren, indem ein Video erzeugt wird, das sich scheinbar linear mit Y(i) ändert. The gamma correction is a well known technique to compensate for the human eye and imperfect displays by a video is generated which varies apparently linearly with Y (i).
  • 4 4 ist ein Flussdiagramm einer typischen konventionellen Methode, um eine manuelle Steuerung des Pegels und der Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. is a flow chart of a typical conventional method for providing manual control of the level and gain of an infrared imaging system. Wie in der Like in the 4 4 gezeigt ist, weist das konventionelle MLG-Verfahren As shown, the conventional MLG method 800 800 den Schritt the step 810 810 auf, in dem ein Histogramm erzeugt wird. on, in which a histogram is generated. Der Schritt The step 810 810 implementiert den Schritt implements the step 640 640 gemäß der according to the 2 2 . ,
  • Als nächstes wird beim Schritt Next, at step 820 820 eine Funktion unter Verwendung eines Histogramms definiert, um den Pegel der Signale zu aktualisieren und einen anfänglichen Verstärkungswert zu definieren, indem eine kumulative Verteilungsfunktion erzeugt wird, die gleich der vorwärts gerichteten Summe des Histogramms ist (das heißt, der Bereich unter der Kurve des Histogramms): a function using a histogram defined to update the level of the signals and define an initial gain value by a cumulative distribution function is created, which the forward sum of the histogram is the same (that is, the area under the curve of the histogram) :
    Figure 00110001
    wobei h(j) das Histogramm der Szene ist als eine Funktion der Intensitätsgruppe j. where h (j) is the histogram of the scene as a function of the intensity of group j.
  • Die anfängliche Verstärkung und der anfängliche Pegel müssen bestimmt werden, wenn man von ALG auf MLG übergeht. The initial gain and the initial level must be determined when one goes from ALG to MLG. Im Schritt In step 830 830 wird ein anfänglicher Pegel definiert und die Verstärkung wird auf der Basis der cdf-Endpunkte gesetzt: 1) anfänglicher Pegel L = midI; an initial level is defined and the gain is set based on the cdf endpoints: 1) Initial level L = MIDI; 2) anfängliche Verstärkung G basiert auf den cdf-Endpunkten: 2) initial gain G based on the cdf endpoints: G = (high%-low%)*255/(highI-lowI) [12] G = (high% -low%) * 255 / (highi-Lowi) [12] wobei 'midI' gleich MaxI/2 ist; wherein 'MIDI' is equal to MaxI / 2; 'G' ist die Verstärkung und ist die Steigung der Linie, die von den 2 Endpunkten gebildet ist, 'high%' bestimmt den hohen Endpunkt der cdf und kann von dem Entwerfer bzw. Entwickler von 60% bis 100% gewählt werden; 'G' is the gain and is the slope of the line, which is formed by the 2 endpoints, 'high%' determines the high endpoint of the cdf and may be chosen by the designer or developer of 60% to 100%; 'low%' bestimmt den niedrigen Endpunkt der cdf und ist 100%-high%; 'Low%' determines the low endpoint of the cdf and is 100% -high%; 'highI' ist die Gruppe, die einer cdf entspricht, die ein Bruchteil (Bruchteil = high%/100%) von dem maximalen cdf-Wert ist (das heißt, 'Highi' is the group corresponding to a cdf which is a fraction (fraction = high% / 100%) of the maximum cdf value (i.e.,
    Figure 00120001
    Figure 00120002
    und 'lowI' ist die Gruppe, die einer cdf entspricht, die einen Bruchteil (Bruchteil = low%/100%) des maximalen cdf-Werts ist (das heißt, and 'Lowi' is the group corresponding to a cdf which is a fraction (fraction = low% / 100%) of the maximum cdf value (i.e.,
    Figure 00120003
  • Als eine beispielhafte Berechnung für das Verfahren, um die anfängliche Verstärkung zu finden, wenn die Endpunkte auf der Grundlage low% = 10% und high% = 90% gesetzt werden: As an example calculation for the method to find the initial gain if endpoints based on low% = 10% and high% = 90% to be set:
    Figure 00120004
  • Da sich cum über der Zeit nicht verändern sollte, kann der Wert von cum während der Initialisierung beim Einschalten festgelegt werden. Since cum should not change over time, the value of cum during initialization at power can be set. G = (0,9-0,1)*MaxY/(highI-lowI) [14] G = (0.9 to 0.1) * MaxY / (highi-Lowi) [14] wobei highI = 90% cdf-Punkt = Gruppe, so dass anfänglich gilt wherein highi = 90% cdf point = group so that initially applies
    Figure 00120005
    und lowI = 10% cdf-Punkt = Gruppe, so dass anfänglich and Lowi = 10% cdf point = group so that initially
    Figure 00120006
  • Als nächstes wird im Schritt Next, in step 840 840 eine lineare Funktion definiert, um jeder Gruppe eine Graustufe zuzuweisen, wobei die Verstärkung und der Pegel unter der Steuerung eines Bedieners stehen. a linear function is defined to assign a gray level of each group, wherein the gain and level under the control of an operator. Der Pegel wird relativ zu dem Median angepasst (dieses Merkmal der automatischen Pegeleinstellung wird auch als automatische Hilfe (auto-assist) bezeichnet): The level is adjusted relative to the median (this feature of the automatic level setting is also used as an automatic aid (auto-assist) hereinafter): Y(i) = G*[i-Median + L-midI)] + MaxY/2 [15] Y (i) = G * [i-L + Median MIDI)] + MaxY / 2 [15] wobei 0 ≤ Y(i) ≤ MaxY ist. where 0 ≤ Y (i) ≤ MaxY is. Das konventionale Verfahren The method konventionale 800 800 aktualisiert nur basierend auf Änderungen des Median und auf Verstärkungs-/Pegeländerungen durch den Bediener. only updated based on changes in the median and gain / level changes by the operator. Der Pegel passt sich automatisch relativ zum Median an (automatische Hilfe), während Änderungen der Verstärkung relativ zu der anfänglichen Verstärkung gemacht werden. The level automatically adjusts relative to the median (automatic aid), while changes in the gain to be made relative to the initial gain. Der Median ist der 50% cdf-Punkt oder: The median is the 50% cdf point or:
    der Median ist die Gruppe, bei der gilt: the median is the group in which the following applies:
    Figure 00130001
  • Schließlich werden in den Schritten Finally, in steps 850 850 und and 860 860 jeweils entsprechend die Polaritätsanpassung und die Gamma-Korrektur durchgeführt gemäß dem ALG-Modus, der in respectively corresponding to the polarity adjustment and gamma correction performed according to the ALG mode, which in 3 3 gezeigt ist. is shown.
  • 5 5 ist ein Flussdiagramm von einem verbesserten Verfahren, um eine manuelle Pegel- und Verstärkungssteuerung bei einem infraroten bildgebenden System gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. is a flow chart of an improved method for providing manual level and gain control in an infrared imaging system in accordance with the teachings of the present invention. Das erfindungsgemäße Verfahren The inventive method 900 900 weist die Schritte der Erzeugung des Histogramms ( comprises the steps of generating the histogram ( 910 910 ) und der Definition, wie das Histogramm das Video beeinflusst, ( ) And the definition of how the histogram affects video ( 920 920 ), die in der gleichen Art und Weise implementiert werden wie Schritte ) That are implemented in the same manner as steps 710 710 und and 720 720 gemäß der Methode according to the method 700 700 aus der from the 3 3 und die Schritte and steps 810 810 und and 820 820 aus der from the 4 4 . ,
  • Im Schritt In step 930 930 werden eine Reduzierung der Sättigung und ein Begrenzungsverfahren in einer Art und Weise ähnlich zu der im Schritt a reduction of the saturation, and a limiting method in a manner to be similar to that in step 730 730 gemäß dem Verfahren according to the method 700 700 aus der from the 3 3 durchgeführt, mit der Ausnahme, wie weiter unten noch genauer erläutert wird, dass das Begrenzungsverfahren angewendet wird, nachdem die Änderung der Verstärkung durchgeführt ist, wodurch vermieden wird, dass der Bediener ein übermäßig verrauschtes und unbrauchbares Video erhält: performed, except as explained in more detail below, that the limiting process is applied after the change of the gain is carried out, thereby avoiding that the operator receives an excessively noisy and unusable video:
    • 1) die Reduzierung der Sättigung eliminiert die Enden bzw. Seitenbereiche wie folgt: 1) the reduction of the saturation eliminates the ends or side portions as follows: Neuberechnen cdf(MaxI): neue cdf(MaxI) = alte cdf(MaxI)-trans_hist(0)-trans_hist(MaxI) Eliminieren der Beiträge von beiden Enden: trans_hist(i) = 0 bei i = 0, i = MaxI [17] Recalculate cdf (MaxI): new cdf (MaxI) = old cdf (MaxI) -trans_hist (0) -trans_hist (MaxI) eliminate contributions of both ends: trans_hist (i) = 0 for i = 0, i = MaxI [17 ]
    • 2) das Begrenzungsverfahren wird angewendet, nachdem die Verstärkung wie folgt angewendet wurde: 2) the limiting process is applied, was applied after the gain as follows: Anwenden der Verstärkung und Normalisierung: hist_clip(i) = G*norm*trans_hist(i) [18] Applying the gain and normalization: hist_clip (i) = G * norm * trans_hist (i) [18] indem max_occ nicht überschritten wird: Wenn hist_clip(i) > max_occ, dann hist_clip(i) = max_occ by max_occ is not exceeded: If hist_clip (i)> max_occ, then hist_clip (i) = max_occ
    cdf_clip(i) & mittlerer Pegel werden dann bestimmt (Details folgen später). cdf_clip (i) medium levels are then (details follow later) determined.
  • Beim Schritt In step 940 940 wird eine durch ein Histogramm gesteuerte Funktion definiert (im Gegensatz zu der linear gesteuerten Funktion des Verfahrens controlled by a histogram function is defined (as opposed to the linear controlled function of the method 800 800 aus dem Stand der Technik), um jeder Gruppe eine Grauabstufung zuzuweisen, wobei eine Verstärkung und ein Pegel unter der Steuerung durch einen Bediener stehen: from the prior art) to assign a gray scale of each group, wherein a gain and a level under the control stand by an operator:
    • 1) Bestimme die normalisierte cdf(i): 1) Determine the normalized cdf (i): wenn clip: cdf(i) = cdf_clip(i)/G [19] when clip: cdf (i) = cdf_clip (i) / G [19] wobei 0 < i < MaxI where 0 <i <MaxI
    • 2) Bestimme Y(i): 2) determine Y (i): Y(i) = G*(cdf(i)-mittlerer Pegel) + MaxY/2 + (G < 1)*(1-G)*L/2 [20] Y (i) = G * (cdf (i) -mittlerer level) + MaxY / 2 + (G <1) * (1-G) * L / 2 [20] wobei 0 ≤ Y(i) ≤ MaxY. where 0 ≤ Y (i) ≤ MaxY.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wurde unter der Annahme ausgelegt, dass der Pilot den Pegel des gewünschten Ziels auf ein mittleres Grau einstellt und dann die Verstärkung erhöht, um den Kontrast innerhalb des Ziels zu erhöhen, ohne den durchschnittlichen Pegel des Ziels zu verändern. The inventive method was designed on the assumption that the pilot adjusts the level of the desired destination on a medium gray, and then increasing the gain to increase contrast within the target without changing the average level of the destination. Der zusätzliche Term (G < 1)*(1-G)*L/2 wird benötigt, um es dem Pegel zu ermöglichen, die Extreme eines schwarzen oder weißen Videos zu erreichen, wenn die Verstärkung auf weniger als 1 reduziert wird. The additional term (G <1) * (1-G) * L / 2 is required to enable the level to reach the extremes of black or white video when the gain is reduced to less than the first
  • Die Verstärkung (G) und der Pegel (L) werden durch den Bediener wie folgt geändert: The gain (G) and level (L) by the operator amended as follows: G = MLG_A*MLG_B mlg_gain [21] G = MLG_A * MLG_B mlg_gain [21] wobei MLG_A = Minimumverstärkung ist und MLG_B die Geschwindigkeit der Änderung von G bestimmt, wenn der Bediener mlg_gain ändert (unter der Annahme, dass mlg_gain von 0 bis Max_mlg_gain variiert). wherein MLG_A = minimum gain, the rate of change of G and MLG_B determined when the operator changes mlg_gain (assuming that mlg_gain from 0 to Max_mlg_gain varies). Im ALG-Modus ist G = 1, so dass der anfängliche Wert von mlg_gain = -Log(MLG_A)/Log(MLG_B) ist. In ALG mode, G = 1, so that the initial value of mlg_gain = -Log (MLG_A) / Log (MLG_B) is. L = (mlg_level-Max_mlg_level/2)*MaxY/Max_mlg_level [22] L = (mlg_level-Max_mlg_level / 2) * MaxY / Max_mlg_level [22]
  • Es sei angenommen, dass mlg_level von 0 bis Max_mlg_level variiert. It is assumed that mlg_level varies from 0 to Max_mlg_level. Die Variable mlg_level wird vom Bediener eingegeben und ist anfänglich gleich Max_mlg_level/2, wenn der ALG-Modus aktiv ist (wodurch sich L = 0 ergibt). The variable mlg_level entered by the operator, and is initially equal Max_mlg_level / 2 when the ALG mode is active (thereby L = 0 yields).
  • Schließlich werden in den Schritten Finally, in steps 950 950 und and 960 960 jeweils entsprechend die Anpassung der Polarität und die Gamma-Korrektur gemäß dem ALG-Modus, der in respectively corresponding to the adjustment of the polarity and the gamma correction according to the ALG mode, which in 3 3 dargestellt ist, durchgeführt. is illustrated performed.
  • 6 6 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens für das Begrenzungsverfahren, das im Schritt is a flow diagram of the method according to the invention for the limiting process which in step 930 930 des Verfahrens the process 900 900 aus der from the 5 5 implementiert ist. is implemented. Das erfindungsgemäße Begrenzungsverfahren The restriction method according to the invention 1000 1000 weist den Schritt comprises the step 1010 1010 auf, in dem ein Grad des Begrenzens etabliert wird, und zwar basierend auf der Bestimmung des minimalen, gewünschten, dynamischen Bereichs (der minimale dynamische Bereich entspricht der maximalen Verstärkung). on, in which a degree of limiting is established, based on the determination of the minimum desired dynamic range (minimum dynamic range corresponds to maximum gain). Hier wird die Grenze der örtlich begrenzten Verstärkung basierend auf max_occ gesetzt: Here the border of the localized gain is set based on max_occ: max_occ = MaxY/min_bins [23] max_occ = MaxY / min_bins [23] wobei min_bins die kleinste Anzahl an Gruppen bzw. Bins festlegt, bei der das Video sich über den gesamten dynamischen Bereich von Schwarz bis Weiß erstrecken wird (oder ein Maximum von 1/min_bins des dynamischen Bereichs ist über 1 Gruppe verteilt). wherein min_bins the smallest number of groups or bins sets in which the video will spread over the entire dynamic range from black to white (or a maximum of 1 / min_bins the dynamic range is about 1 group distributed).
  • Als nächstes wird im Schritt Next, in step 1020 1020 die begrenzte, normalisierte, kumulierte Verteilungsfunktion bei angewendeter Verstärkung bestimmt: the limited, normalized, cumulative distribution function determined at reinforcement of applied:
    • 1) Finde hist_clip(i) und begrenze hist_clip(i) auf max_occ: Finde hist_clip(i) durch Normalisieren und Anwenden der Verstärkung (wie in [18]): 1) Locate hist_clip (i) and delimiting hist_clip (i) to max_occ: Find hist_clip (i) by normalizing and applying the gain (as specified in [18]): hist_clip(i) = G*norm*trans_hist(i) [24] hist_clip (i) = G * norm * trans_hist (i) [24] Begrenze, indem max_occ nicht überschritten wird: Wenn hist_clip(i) > max_occ, dann hist_clip(i) = max_occ Limiting by max_occ is not exceeded: If hist_clip (i)> max_occ, then hist_clip (i) = max_occ
    • 2) Bestimme cdf_clip(i): 2) Determine cdf_clip (i):
      Figure 00170001
  • Hier ist die begrenzte cdf äquivalent zur begrenzten Y(i) für ALG, abgesehen davon, dass eine Verstärkung angewendet wird. Here, the cdf is equivalent to the limited confined Y (i) for ALG except that a gain is applied. Die Formel für „norm" ist dieselbe wie in der Gleichung [6]. The formula for "norm" is same as in equation [6].
  • Als nächstes wird im Schritt Next, in step 1030 1030 eine mittlere Graugruppe für unbegrenztes, pegelversetztes ALG bestimmt: a medium gray bin for unlimited, level shifted ALG provides: cdf(Median) = MaxY/2-L [26] cdf (median) = MaxY / 2-L [26]
  • Hier ist die cdf dieselbe wie Y(i) für unbegrenztes, pegelverschobenes ALG, also: Here is the cdf same as Y (i) for unlimited, level shifted ALG, thus:
    Figure 00170002
  • Als Median wird die Gruppe errechnet, bei der gilt: As median group is calculated in the following applies: cdf(Median) = MaxY/2 = mittlerer Y-Wert [28] cdf (median) = MaxY / 2 = average Y value [28]
  • Verwendet man die gerade definierte cdf und setzt für i den Wert Median ein, ergibt sich: Using the currently defined cdf and sets for i the value median, we have:
    Figure 00170003
  • Diese Beziehung wird weiter unten verwendet. This relationship is used below.
  • Im Schritt In step 1040 1040 wird die begrenzte normalisierte cdf beim Median (mittlere Graugruppe) bestimmt, indem der Wert des mittleren Pegels ermittelt wird: the limited normalized cdf is determined at the median (midscale gray group) by the value of the average level is determined: Mittlerer Pegel = cdf_clip(Median)/G [30] Midlevel = cdf_clip (median) / G [30] es sei denn, dass der Median nicht existiert. unless that the median does not exist.
  • Im Schritt In step 1040 1040 entsteht der „mittlere Pegel" durch eine Bestimmung des begrenzten und normalisierten cdf-Werts bei demselben Median, der für G = 1 ohne das Begrenzungsverfahren bestimmt wurde (das heißt, das Bestimmen eines mittleren Graus für den Schritt creates the "middle level" by determining the limited and normalized cdf value at the same median which was determined for G = 1 without the limitation process (that is, determining an average gray for the step 940 940 , so dass Verstärkung und Begrenzung den Median hinsichtlich des unbegrenzten, ALG-Medianwerts nicht verändern). So that gain and limit do not change the median in terms of unlimited, ALG median). In anderen Worten bedeutet dies, In other words, Mittlerer Pegel = cdf_clip(Median)/G [31] Midlevel = cdf_clip (median) / G [31]
  • Für die Fälle, in denen der Median nicht existiert, weil eine große Pegelverschiebung gegeben ist, wird eine alternative Formel benötigt und wird wie folgt hergeleitet: For cases in which the median does not exist because a large level shift is given an alternative formula is needed and is derived as follows: Mittlerer Pegel = cdf_clip(Median)/G [32] Midlevel = cdf_clip (median) / G [32]
    Figure 00180001
  • Es ist zu beachten, dass die Gleichung [33] auf der Definition des Begrenzungsverfahrens basiert. It should be noted that the equation [33] is based on the definition of the boundary process.
  • Setzt man die in der Gleichung [29] gezeigte Beziehung ein, ergibt sich: If one uses the relationship shown in equation [29] yields: Mittlerer Pegel = MaxY/2-L + begrenzte_Gruppen_vor_Median [34] Midlevel = MaxY / 2-L + begrenzte_Gruppen_vor_Median [34]
  • Für L > MaxY/2 ist in [26] der mittlere Pegel negativ, was bedeutet, dass der Median (der tatsächlich nicht existieren kann, weil Y(i) immer größer als 0 ist) in der Theorie vor der ersten Gruppe auftritt, so dass eine Begrenzung noch nicht erfolgt ist und die Variable begrenzte_Gruppen_vor_Median ist 0; For L> MaxY / 2 in [26] midlevel is negative which means the median (which really can not exist because Y (i) is always greater than 0) occurs in the theory prior to the first group, that a limit has not yet occurred, and the variable begrenzte_Gruppen_vor_Median is 0; so ergibt sich, mittlerer Pegel = MaxY/2-L. so, midlevel = MaxY / 2-L is obtained.
  • Für L < -MaxY/2 ist in [26] der mittlere Pegel größer als MaxY, was bedeutet, dass der Median (der tatsächlich nicht existieren kann, weil Y(i) immer kleiner ist MaxY) in der Theorie nach der letzten Gruppe auftritt und das Begrenzungsverfahren abgeschlossen ist, wobei begrenzte_Gruppen_vor_Median gleich MaxY-cdf_clip(MaxI)/G ist; For L <-MaxY / 2 in [26] midlevel is greater than MaxY which means the median (which really can not exist because Y (i) is always less than MaxY) in theory occurs after the last group and the limiting process is completed, wherein begrenzte_Gruppen_vor_Median is equal to MaxY-cdf_clip (MaxI) / G; so ergibt sich, mittlerer Pegel = cdf_clip(MaxI)-MaxY/2-L. so, midlevel = arises cdf_clip (MaxI) -MaxY / 2-L.
  • Im Schritt In step 1050 1050 werden dann die Werte von cdf_clip(i) und mittlerer Pegel an den Schritt then the values ​​of cdf_clip (i) and medium levels at the step 940 940 aus der from the 5 5 weitergegeben. passed.
  • Kurz gesagt unterscheidet sich das neue Begrenzungsverfahren von dem konventionellen Begrenzungsverfahren darin, dass die Begrenzung durchgeführt wird, nachdem die Verstärkung angewendet wurde und die begrenzten Gruppen werden nicht neu verteilt (das heißt, anstelle einer Neuverteilung der begrenzten Gruppen ist es das Ziel, das mittlere Grau beizubehalten, nachdem die Verstärkung erhöht wird, weshalb der mittlere Pegel bestimmt wird). In short, the new control techniques of the conventional control techniques differs in that the limitation is carried out after the gain has been applied and the clipped bins are not redistributed (i.e., instead of redistributing clipped bins, the goal is, the average gray maintain, after the gain is increased, and therefore the average level is determined).
  • Schließlich, unter Rückblick auf die Finally, under review of the 2 2 , konvertiert der Videoprozessor Converts the video processor 520 520 aus der from the 1 1 im Schritt in step 660 660 die Intensität von jedem Pixel in eine Abstufung von Grau und gibt die Daten in einem analogen Format für Fernsehdisplays (RS-170) aus. the intensity of each pixel in a gradation of gray and outputs the data in an analog format for television displays (RS-170).
  • Die Anpassungen des Pegels und der Verstärkung sind benutzerfreundlich in dem Sinne, dass eine Änderung des Pegels und der Verstärkung von einem ALG-Video unmittelbar und gleitend ist, wenn man eine feine Anpassung verwendet, und schnell, wenn man eine grobe Anpassung verwendet. The adjustments to the level and gain are user-friendly in the sense that a change in the level and gain of an ALG video is immediate and sliding when using a fine adjustment, and fast, if you use a rough adjustment. Die Anforderungen des Piloten sind dahingehend, dass man erst eine grobe Änderung des Pegels vornehmen möchte, um das Ziel (bei dem es sich um eine Teilgruppe aus dem Histogramm handelt und die Intensität der Pixel des Ziels sind üblicherweise nahe der Enden des Histogramms, wo das Video schwarz oder weiß im ALG-Modus ist) bei einem mittleren Grau zu sehen, und dann eine grobe Erhöhung der Verstärkung vorzunehmen, um eine Kontrastverbesserung des Ziels zu bewirken. The requirements of the pilot are to the effect that you only want to make a rough change of the level to the goal (which is a subset of the histogram and the intensity of the pixels of the target are usually near the ends of the histogram where the black or white video in ALG mode is) seen in a medium gray, and then make a rough increase in gain to effect a contrast enhancement of the target. Dann kann eine feinere bzw. genauere Anpassung des Pegels nötig sein, bevor schließlich die letzte feine bzw. genaue Erhöhung der Verstärkung durchgeführt wird. Then a finer and more precise adjustment of the level may be necessary before finally the last fine or precise increase in gain is performed.
  • Der einzige bekannte, auf einem Histogramm basierende und von einem Bediener steuerbare Algorithmus, der früher verwendet wurde, wurde ALG2 genannt (ALG2 wurde auf NAVFLIR vor ungefähr 10 Jahren implementiert). The only known, based on a histogram and controllable by an operator algorithm that has been used in the past was called ALG2 (ALG2 was implemented on NAVFLIR about 10 years ago). ALG2 hatte keine lokale Begrenzung der Verstärkung oder Algorithmen zur Reduzierung der Sättigung. ALG2 had no local limiting the gain or algorithms to reduce the saturation. Zudem wurden die Anpassungen des Pegels und der Verstärkung in einer benutzerunfreundlichen Art und Weise vorgenommen. In addition, the adjustments to the level and gain in a user-unfriendly manner were made. Die Verstärkung wurde durch die Größe des Fensters vorgegeben (Gebiet des gewählten dynamischen Bereichs des Detektors) und der Pegel wurde eingestellt auf die Mitte des Fensters. The gain has been set by the window size (area of ​​the selected dynamic range of the detector) and the level was set to the center of the window. Das Problem mit diesem Algorithmus war, dass das Fenster anfänglich im Mittelpunkt des dynamischen Bereichs des Detektors zentriert war, wobei ignoriert wurde, wo der Median (mittlere Graugruppe) sich befand. The problem with this algorithm is that the window was initially centered in the center of the dynamic range of the detector, having been ignored, where the median (midscale gray group) was. Man musste erst die Verstärkung erhöhen, bevor man wusste, wie der Pegel zu ändern ist. You had to increase the gain before you knew how the level is changing. Kleine Änderungen der Verstärkung oder des Pegels ändern das Bild möglicherweise gar nicht, wenn das gesamte Histogramm nur einen kleinen Bereich des dynamischen Bereichs des Detektors abdeckt und sich in der Nähe der Mitte des dynamischen Bereichs befand. may not even change small changes in the gain or level of the image when the whole histogram covers only a small area of ​​the dynamic range of the detector and was located near the center of the dynamic range. Kurz gesagt ist ALG2 deswegen nicht benutzerfreundlich, weil man durch eine Betrachtung des Bildes nicht weiß, wie man den Pegel anpassen muss, das heißt, man muss den richtigen Pegel suchen, nachdem die Verstärkung erhöht wurde. In short ALG2 is not user-friendly because you do not know by viewing the image, as you have to adjust the level, that is, you have to look for the right level after the gain was increased.
  • Der andere Stand der Technik, der in The other state of the art in 4 4 beschrieben ist, ist ein typischer linearer MLG-Algorithmus, der eine lineare Beziehung zum Ausgang des Detektors annimmt; is described is a typical linear MLG algorithm which assumes a linear relationship with the output of the detector; daher kann der lineare MLG-Algorithmus keine größere örtliche Verstär kung bereitstellen, wo die Szene dominiert, wodurch ein ausgewaschenes Bild bereitgestellt wird, anders als bei den auf einem Histogramm basierenden MLG- oder ALG-Algorithmen. therefore, the linear MLG algorithm fails to provide higher local Verstär kung, where the scene dominates thereby providing a washed-out image is provided, unlike the histogram based MLG or ALG algorithms. Das Umschalten von einem linear basierten MLG-Algorithmus von einem auf einem Histogramm basierenden ALG-Algorithmus resultiert in großen Änderungen des Videos. The switch from a linear-based MLG algorithm from a histogram based ALG algorithm results in large changes in the video. Mit dem auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus ergibt sich keine Änderung des Videos, wenn man von dem auf einem Histogramm basierenden ALG-Video umschaltet. With the histogram based MLG algorithm there is no change of the video when you switch from the histogram based ALG video. Weil der ATFLIR DC-gekoppelt ist, wie die meisten starr-blickenden (staring) FLIRs, wird sich der durchschnittliche Videopegel erheblich verändern als eine Funktion von Änderungen der Szene und der Temperatur der Optik. Because the ATFLIR is DC coupled, like most rigid-looking (staring) FLIR, the average video level will change significantly as a function of changes in the scene and the temperature of the optics. In dem linearen manuellen Modus ohne automatische Hilfe wird es eine erhebliche Arbeitsbelastung des Bedieners erfordern, um mit diesen Änderungen Schritt zu halten, anders als bei dem auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung. In the linear manual mode without auto help it will require substantial work load on the operator to keep up with these changes step, unlike the histogram based MLG algorithm of the present invention. Selbst mit der automatischen Hilfe würden erhebliche Änderungen der Szene (wie der Übergang von einer Boden-Szene hin zu einer Kombination von Himmel und Boden) darin resultieren, dass das Ziel gesättigt schwarz oder weiß ist, weil die Verstärkung nicht automatisch aktualisiert wird (der von einer automatischen Hilfe unterstützte MLG-Algorithmus fixiert die Verstärkung bei einem Übergang von ALG nach MLG). Even with the automatic Help significant changes in the scene would (like the transition from a ground scene to a combination of sky and ground) result is that the target black saturated or is white because the gain is not automatically updated (that of an automatic help supported MLG algorithm fixes the gain on transition from ALG to MLG).
  • Als Teil des auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus wird die lokale Verstärkung auf einen vorgegebenen maximalen Wert begrenzt, um ein übermäßig rauschendes Bild zu vermeiden, wenn zu viel Verstärkung angewendet wird. As part of the histogram based MLG algorithm, the local gain is limited to a predetermined maximum value, in order to avoid an overly noisy picture when too much gain is applied. In der Theorie kann das Begrenzungsverfahren tatsächlich die MRT-Leistung verbessern, indem das Rauschen des Hintergrunds reduziert wird. In theory, the limiting method can improve the performance of MRI in fact, by the noise of the background is reduced.
  • Schließlich wird ein Algorithmus zur Reduzierung der Sättigung angewendet (die seitlichen Gruppen bzw. die Gruppen am Ende des Histogramms werden begrenzt), um zu verhindern, dass die Sättigung das Video zu stark beeinflusst (große Mengen von weißer Sättigung führen dazu, dass die nicht gesättigten Bereiche des Videos übermäßig dunkel werden). Finally, an algorithm is applied to reduce the saturation (the side groups or the groups at the end of the histogram are limited) to prevent the saturation of the video to be strongly influenced (large amounts of white saturation cause the non-saturated are areas of the video excessively dark). Die Reduzierung der Sättigung ist insbesondere wichtig für MWIR FLIRs, wo der Sonnenschein ein Problem sein kann. The reduction of the saturation is particularly important for MWIR FLIR where the sun can be a problem. Das Begrenzungsverfahren für die lokale Verstärkung wird auch helfen, Auswirkungen der Sätti gung zu reduzieren, indem die Gruppen des Histogramms nahe der Enden begrenzt werden. The restriction method for the local reinforcement will also help to reduce effects of Saetti supply by the groups of the histogram are limited near the ends.
  • Damit wurde die vorliegende Erfindung hier unter Bezug auf ein ausgewähltes Ausführungsbeispiel für eine ausgewählte Anwendung beschrieben. Thus, the present invention has been described herein with reference to a selected embodiment for a selected application. Personen mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet der Technik und mit Zugang zu den vorliegenden Lehren werden zusätzliche Änderungen, Anwendungen und Ausbildungsformen innerhalb dieses Bereichs erkennen. Persons of ordinary skill in the field of art and access to the present teachings will recognize additional modifications, applications and embodiments within this range.
  • Es ist daher das Ziel mittels der angehängten Ansprüche jegliche und alle solche Anwendungen, Veränderungen und Ausführungsformen zu erfassen, die im Bereich der Erfindung liegen. It is therefore the object by means of the appended claims to detect any and all such applications, modifications and embodiments which are within the scope of the invention.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Bereitstellen einer manuellen Pegel- und Verstärkungssteuerung eines Abbildungssystems, gekennzeichnet durch die Schritte: Empfangen einer Vielzahl von Signalen von einem Detektor, die eine Szene repräsentieren; A method for providing manual level and gain control of an imaging system, characterized by the steps of: receiving a plurality of signals from a detector representative of a scene; Erzeugen eines Histogramms von der Szene, wobei das Histogramm eine Anzahl von Intensitäts-Bins und eine Angabe einer Anzahl von Pixeln in den Signalen von dem Detektor in jedem der Bins (MH1) aufweist; Generating a histogram of the scene, said histogram including a number of intensity bins and an indication of a number of pixels in said signals from said detector in each of said bins (MH1); Umwandeln des Histogramms entsprechend einer ersten Funktion, die definiert, wie das Histogramm die Anzeige der Signale beeinflusst (MH2); Transforming said histogram in accordance with a first function which defines how the histogram affects a display of the signals (MH2); Einstellen einer Grenze mit Bezug auf die Funktion, so dass ein Abschneiden (MH3) ausgeführt wird; Setting a limit with respect to the function, so that clipping (MH3) is executed; Bestimmen einer normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion des umgewandelten Histogramms innerhalb der Grenze bei einer örtlichen Verstärkung (C2); Determining a normalized cumulative distribution function of said transformed histogram within the limit on localized gain (C2); und Empfangen des Verstärkungsfaktors und des Pegeleingangssignals von einem Operator und Definieren einer Histogramm-gesteuerten zweiten Funktion, um Werte entsprechend dieser Funktion und entsprechend dem Ergebnis des Bestimmungsschritts jedem Bin zuzuweisen (MH4). and receiving the gain factor and level input from an operator and defining a histogram controlled second function to assign values ​​each bin in accordance therewith and according to the result of the determining step (MH4).
  2. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abschneidens ferner den Schritt des Ermittelns eines Bins einer mittleren Graustufe für das transformierte Histogramm (C3) umfasst. The invention of claim 1, wherein said step of clipping further includes the step of determining a bin a mean gray level for the transformed histogram (C3).
  3. Erfindung nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Abschneidens ferner den Schritt des Bestimmens einer abgeschnittenen normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion des Bins einer mittleren Graustufe (C4) umfasst. The invention of claim 2, wherein said step of clipping further includes the step of determining a clipped normalized cumulative distribution function of the bin a mean gray level (C4).
  4. Erfindung nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Empfangens des Verstärkungsfaktors und des Pegeleingangs den Schritt des Bestimmens einer normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion für jedes Bin (C4) umfasst. The invention of claim 3, wherein the step of receiving gain factor and level input includes the step of determining a normalized cumulative distribution function for each bin (C4).
  5. Erfindung nach Anspruch 4, ferner mit dem Schritt des Zuweisens einer Grauabstufung an jedes Bin entsprechend der zweiten Funktion (MH4). The invention of claim 4, further comprising the step of assigning a gray scale for each bin in accordance with the second function (MH4).
  6. Erfindung nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt des Einstellens einer Polarität jedes Bins (MH5). The invention of claim 5, further comprising the step of adjusting a polarity of each bin (MH5).
  7. Erfindung nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt des Ausführens einer Gammakorrektur für jedes Pixel in jedem Bin (MH6). The invention of claim 5, further comprising the step of performing a gamma correction for each pixel in each bin (MH6).
  8. System zum Bereitstellen einer manuellen Pegel- und Verstärkungssteuerung für ein Abbildungssystem mit: einem ersten Mittel zum Empfangen einer Vielzahl von Signalen von einem Detektor, die eine Szene darstellen; System for providing manual level and gain control for an imaging system: a first means for receiving a plurality of signals from a detector representative of a scene; einem zweiten Mittel zum Erzeugen eines Histogramms der Szene, wobei das Histogramm eine Anzahl von Intensitäts-Bins und eine Angabe einer Anzahl von Pixeln in den Signalen von dem Detektor in jedem der Bins (MH1) umfasst; a second means for generating a histogram of said scene, said histogram including a number of intensity bins and an indication of a number of pixels in said signals from said detector in each of said bins (MH1); einem dritten Mittel zum Umwandeln des Histogramms entsprechend einer ersten Funktion, die definiert, wie das Histogramm eine Darstellung der Signale (MH2) beeinflusst; third means for transforming said histogram in accordance with a first function which defines how the histogram is a representation of the signals (MH2) affected; einem vierten Mittel zum Einstellen einer Grenze mit Bezug auf die Funktion, um somit ein Abschneiden auszuführen (MH3); fourth means for setting a limit with respect to the function to thus perform cutting (MH3); einem fünften Mittel zum Bestimmen einer normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion des umgewandelten Histogramms innerhalb der Grenze bei einer örtlichen Verstärkung (C2); a fifth means for determining a normalized cumulative distribution function of said transformed histogram within the limit on localized gain (C2); und einem sechsten Mittel zum Empfangen des Verstärkungsfaktors und des Pegeleingangs von einem Operator und zum Definieren einer Histogramm-gesteuerten zweiten Funktion, um Werte für jedes Bin entsprechend dieser Funktion und entsprechend dem Ausgang des fünften Mittels (MH4) zuzuordnen. and a sixth means for receiving the gain factor and level input from an operator and defining a histogram controlled second function to assign values ​​for each bin in accordance therewith and in accordance with the output of said fifth means (MH4).
  9. Erfindung nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Einstellen einer Grenze ferner ein Mittel zum Feststellen eines Bins mit mittlerer Graustufe für das umgewandelte Histogramm (C3) umfasst. The invention of claim 8, wherein the means for setting a limit further includes means for detecting a midscale gray bin for the level transformed histogram (C3).
  10. Erfindung nach Anspruch 9, wobei das Mittel zum Einstellen einer Grenze ferner ein Mittel zum Bestimmen einer abgeschnittenen normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion des Bins mit mittlerer Graustufe (C4) aufweist. The invention of claim 9, wherein the means for setting a limit further includes means for determining a clipped normalized cumulative distribution function of the midscale gray bin step (C4).
  11. Erfindung nach Anspruch 10, wobei das sechste Mittel ein Mittel zum Bestimmen einer normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion für jedes Bin (C4) aufweist. The invention of claim 10 wherein the sixth means comprises means for determining a normalized cumulative distribution function for each bin (C4).
  12. Erfindung nach Anspruch 11, ferner mit einem Mittel zum Zuweisen einer Grauabstufung an jedes Bin entsprechend der zweiten Funktion (MH4). The invention of claim 11, further comprising a means for assigning a gray scale for each bin in accordance with the second function (MH4).
  13. Erfindung nach Anspruch 12, ferner mit einem Mittel zum Einstellen einer Polarität jedes Bins (MH5). The invention of claim 12, further comprising means for adjusting a polarity of each bin (MH5).
  14. Erfindung nach Anspruch 13, ferner mit einem Mittel zum Ausführen einer Gammakorrektur für jedes Pixel in jedem Bin (MH6). The invention of claim 13, further comprising a means for performing a gamma correction for each pixel in each bin (MH6).
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